REACŢII NUCLEAREFISIUNEA ŞI FUZIUNEA

NUCLEARĂ

prof. Elena Năstase

• Dacă admitem modelul de atom propus de Rutherford şi apoi de Bohr, nucleul este format din protoni şi neutroni.

• Pe măsură ce înaintăm în sistemul periodic şi nr. de protoni creşte, forţele de respingere dintre protoni devin mai puternice şi nucleul tinde să se scindeze. Aşa explicăm faptul că în natură găsim elemente până la 92U. Elementele cu Z>92 sunt instabile şi se obţin doar în laborator.

• Elementele aflate dincolo de 92U se numesc transuraniene: 93Np, 94Pu, 95Am, 96Cm, 97Bk, 98Cf, 99Es, 100Fm, 101Md, 102No ş.a. Sunt artificiale.

• Astfel, unele nuclee au proprietatea de a emite în mod spontan radiaţii şi de a deveni mai stabile.

• Fenomenul se numeşte radioactivitateradioactivitate şi a fost descoperit din întâmplare în anul 1896 de H.Becquerel la o sare de uraniu.

• 1939 este anul naşterii energiei nucleare, anul în care germanii Otto Hahn şi Fritz Strassmann au descoperit fisiunea uraniului. Au primit premiul Nobel pentru descoperirea lor în anul 1945.

23592U + 10 n → 145

56 Ba + 8836 Kr + 3 1o n +energie

• În reacţie, Z şi A se conservă (rămân constante)

URANIUL

• îi vine numele de la planeta Uranus

• descoperit în 1789• se găseşte în pehblendă (UO2=oxid de uraniu=negru ca

smoala)• alb-argintiu• densitatea=19 050Kg/m3

• Temp. de topire = 1405ºC• Temp. de fierbere = 4200ºC

are 3 izotopi(în procente se dau abundenţele) • 238U - 99,28%• 235U - 0,71% ; • 234U - 0,0054%.Dintre cei 3 izotopi, doar 235 este fisionabil, dar el

se găseşte în cantitate mică: într-o tonă de uraniu natural, doar 7,1 kg este 235, restul este 238 care nu este fisionabil.

• Ca material fisionabil se foloseşte uraniul natural îmbogăţit cu izotopul 235U

• 235U se obţine greu din 238U prin difuzii repetate printr-un perete poros

• La fisiunea unui Kg de 235U se obţine 2,34·107Kwh, cât s-ar obţine din 2000t petrol

UraniulName: uranium• Symbol: U • Atomic number: 92 • Atomic weight: 238.02891• Group name: Actinoid• Period number: 7 (actinoid)• Standard state: solid at 298 K • Colour: metallic grey • Classification: Metallic • structura: cubică• Availability:• configuraţie electronică

Fisiunea Uraniului

Tipuri de fisiuni ale U235

Plutoniul 23494Pu,

alt material fisionabil• primul reactor

nuclear a fost construit la Chicago sub îndrumarea lui Enrico Fermi sub terenul de fotbal al Universităţii Chicago(la 2 dec.1942-prima demonstraţie)

• este element transuranian• se obţine din uraniu în timpul

fisiunii acestuia

Obţinerea plutoniului

Fisiunea Pu: -spontană - stimulată

Prin descoperirea fisiunii şi fuziunii nucleare s-a realizat

visul alchimiştilor de a obţine un element chimic

din alt element, implicit de a obţine aur din

ale metale

Transport de deşeuri radioactive

• s

T1/2

• În stare naturală, uraniul se găseşte preponderentsub forma izotopului uraniu 238 (99.275%), respectiva izotopilor uraniu 235 (0.711%) şi a unei cantităţifoarte reduse de uraniu 234 (0.0058%).

• Această proporţie din natură se datoreazǎ timpului de înjumătăţire al celor trei izotopi:

• - uraniu 238 - 4,47 miliarde de ani• - uraniu 235 - 704 milioane de ani. • Această particularitate pentru U-238 a făcut posibilă

o estimare a vârstei Pământului – aprox. 4,5 miliarde de ani.

seria uraniului

seria Thoriului

radionuclizi naturali cu T1/2mare

FUZIUNEA nuclearăconstă în

contopirea a 2 nuclee uşoare

pentru a forma unul mai greu.

Procesul e însoţit de eliberare de

energie.

• H uşor = 1H = p

•Deuteriu = 2H

•Tritiu = 3H

FISIUNEA �I FUZIUNEA NUCLEARĂ

Soarele

• SoareleSoarele

nucleosinteza, reacţii în Soare

La fuziunea completă a unui Kg de amestec de deuteriu şi tritiu se obţine o energie de 9·104 Mwh

• La transformarea unui gram de hidrogen în heliu se obţine o energie echivalentă cu cea obţinută din 15 tone de benzină

• Această reacţie are nevoie de o temperatură iniţială de 108 K (plasmă) pentru a începe, de aceea ea nu este pe deplin productibilă pe scară mare (ÎNCĂ!)

+ 4,0 MeV

+ 17,5 Mev

• Compoziţie: Hidrogenul 74%

heliul 25%

restul = alte elemente mai grele.

• Într-o secundă Soarele expulzează în spaţiu 4-5 miliarde de tone de materie, din care pe Pământ ajung doar aprox 5 Kg.

• Cea mai abundentă radiaţie este cea luminoasă şi cea ultravioletă,dar şi raze X şi γ, unde radio şi fluxuri de ioni şi electroni